KR20130010186A - 리테이너 링의 유지 보수가 용이한 캐리어 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리테이너 링의 유지 보수가 용이한 캐리어 헤드에 관한 것으로, 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드에 있어서, 원주 방향을 따라 저면에 경사진 면으로 이루어진 베이스 경사면이 구비되고, 상기 베이스 경사면을 관통하여 외주 측에 드러나는 관통공이 원주 방향으로 이격되어 다수 형성되고, 회전 구동되는 환상 형상의 연결 베이스와; 상기 원형 경사면에 맞닿는 링 경사면이 구비되고, 상기 다수의 관통공과 정렬되는 다수의 고정공이 형성되어, 상기 연결 베이스의 저면에 맞닿은 상태로 고정되는 리테이너 링과; 상기 관통공을 관통하여 상기 고정공에 고정되는 고정수단을; 포함하여 구성되어, 캐리어 헤드의 구동체, 연결 베이스 등의 다른 부품을 분해하지 않고서 리테이너 링만을 연결 베이스에 곧바로 탈부착할 수 있게 되어, 수명이 다한 리테이너 링(RETAINER RING)을 보다 짧은 시간 내에 새로운 리테어너 링으로 교체할 수 있어서 유지 보수에 소요되는 인력과 비용을 절감할 수 있는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드를 제공한다.

Description

리테이너 링의 유지 보수가 용이한 캐리어 헤드{CARRIER HEAD HAVING RETAINER RING WHICH IS EASILY DISSEMBLED FOR MAINTENANCE}

본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드에 관한 것으로, 상세하게는 리테이너 링의 유지 보수가 간편한 캐리어 헤드에 관한 것이다.

화학기계적 연마(CMP) 장치는 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로지역간 높이 차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면 거칠기 향상 등을 도모하기 위하여, 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는데 사용되는 장치이다.

이러한 CMP 장치에 있어서, 캐리어 헤드는 웨이퍼 상에 제어 가능한 힘을 가하면서 웨이퍼를 회전시켜 웨이퍼의 표면을 정밀 연마하는 데 사용된다. 최근에는 웨이퍼 표면의 연마 두께를 보다 정교하게 제어하기 위하여, 웨이퍼의 영역별로 압력을 제어하는 기술이 제안되기도 하였다. 이를 위해서는, 웨이퍼의 영역에 따라 구분된 분할 챔버를 형성해야 하므로, 분할 챔버를 형성하고 분할 챔버 별로 공압을 공급하기 위한 멤브레인 홀더가 캐리어 헤드 중앙부 하측에 위치한다.

연마공정 전후에 웨이퍼의 연마 면이 연마 패드와 마주보게 한 상태로 상기 웨이퍼를 직접 및 간접적으로 진공 흡착하여 잡아주거나 수용하는 부품으로서 멤브레인(membrane)이 주로 사용되고 있다. 그리고, 캐리어 헤드는 웨이퍼의 정밀 연마 공정 중에 웨이퍼를 안정되게 제 위치에 유지시키기 위하여 웨이퍼의 둘레를 감싸는 리테이너 링이 구비된다.

리테이너 링은 회전하는 플래튼 패드 상의 슬러리를 웨이퍼에 공급하는 통로로서 다수의 홈이 반경 방향을 관통하여 형성되고, 웨이퍼를 감싸는 위치에서 플래튼 패드에 소정의 힘으로 가압된 상태가 유지된다. 이에 따라, 리테이너 링은 반복 사용에 따라 마모되어, 미리 정해진 수명을 다한 리테이너 링은 새로운 리테이너 링으로 교체된다.

종래에는 리테이너 링을 교체하기 위해서는, 리테이너 링의 상측에 위치하는 연결 멤브레인 홀더와, 구동체와, 헤드 커버를 역순으로 분리해야 비로소 리테이너 링을 교체할 수 있었다. 이 때문에 수명이 정해진 소모품인 리테이너 링을 교체하는 데 과도한 시간이 소요되어, 공정의 효율이 저해되고 유지 관리에 과도한 비용이 소요되는 문제점이 있었다.

따라서, 소모된 리테이너 링의 손쉬운 교체가 가능하고 교체 과정에서 캐리어 헤드의 구성 부품에 손상을 주지 않는 새로운 구조가 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 수명이 다한 리테이너 링(RETAINER RING)을 교체하는 데 있어서 보다 짧은 시간 내에 간편하게 리테이너 링을 교체할 수 있는 캐리어 헤드를 제공하는 것이다.

이를 통해, 본 발명은 캐리어 헤드의 유지 관리 보수에 소요되는 비용과 인력을 최소화하고, 작업자의 편의를 도모하는 것을 목적으로 한다.

무엇보다도, 본 발명은 CMP공정 중에 리테이너 링이 플래튼 패드를 가압하는 마찰에 의한 추력(thrust force)을 리테이너 링을 고정시키는 고정 수단에 의해 지지하지 않고 리테이너 링을 고정하는 경사면에 의해 지지함으로써, 리테이너 링을 고정하는 볼트 등의 고정 수단의 수를 줄이는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 종래에 리테이너 링의 교체를 위해 캐리어 헤드의 전체를 분해하는 과정에서 부품의 손상 가능성이 상존하였던 문제점을 해소하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드에 있어서, 원주 방향을 따라 저면에 경사진 면으로 이루어진 베이스 경사면이 구비되고, 상기 베이스 경사면을 관통하여 외주 측에 드러나는 관통공이 원주 방향으로 이격되어 다수 형성되고, 회전 구동되는 환상 형상의 연결 베이스와; 상기 원형 경사면에 맞닿는 링 경사면이 구비되고, 상기 다수의 관통공과 정렬되는 다수의 고정공이 형성되어, 상기 연결 베이스의 저면에 맞닿은 상태로 고정되는 리테이너 링과; 상기 관통공을 관통하여 상기 고정공에 고정되는 고정수단을; 포함하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드를 제공한다.

이는, 리테이너 링을 연결 베이스의 저면에 고정하는 데 있어서, 상호 맞닿는 경사면(베이스 경사면, 링 경사면)을 구비하고, 볼트, 나사, 핀 등의 고정 수단이 이 경사면을 관통하도록 외측으로부터 내측으로 삽입하여 고정하도록 구성됨에 따라, 리테이너 링의 주변 부품을 분해하지 않고서도, 리테이너 링을 연결 베이스에 직접 탈부착할 수 있도록 하기 위함이다.

무엇보다도, 리테이너 링이 CMP공정 중에 플래튼 패드로부터 전달되는 마찰에 의한 추력을 베이스 경사면과 맞닿는 링 경사면에 의해 지지할 수 있게 된다. 이에 의하여, 리테이너 링을 고정하는 고정 수단은 오로지 리테이너 링을 붙잡아 주기만 하면 되므로 그 수를 최소화할 수 있게 된다.

본 발명은 CMP공정 중에 리테이너 링이 플래튼 패드를 가압하는 마찰에 의한 추력(thrust force)을 리테이너 링을 고정시키는 고정 수단에 의해 지지하지 않고 리테이너 링을 고정하는 경사면에 의해 지지함으로써, 리테이너 링을 고정하는 볼트 등의 고정 수단의 수를 줄이는 것을 목적으로 한다.

이와 같이, 리테이너 링이 연결 베이스의 저면에 직접 탈부착함에 따라, 리테이너 링의 수명이 다되어 새로운 리테이너 링으로 교체하거나, 사용하고 있는 리테이너 링의 상태를 확인하기 위하여 리테이너 링을 캐리어 헤드로부터 분리할 때에, 다른 구성 부품을 분해하지 않고서 리테이너 링만을 따로 분리할 수 있게 된다. 따라서, 분리 및 교체에 소요되는 시간과 공임이 현저히 감소되며, 종래에 전체 캐리어 헤드를 분리할 때에 타 부품이 손상될 수 있었던 가능성을 완전히 배제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

리테이너 링을 연결 베이스에 장착할 때에, 리테이너 링의 자리를 금방 찾도록 하기 위하여, 상기 연결 베이스의 상기 베이스 경사면의 내측에 상기 베이스 경사면과 기울기가 다른 제1접촉면이 형성되고, 마찬가지로 리테이너링의 링 경사면의 내측에 상기 제1접촉면과 같은 기울기의 제2접촉면이 형성되어, 제1접촉면과 제2접촉면의 맞닿음으로 상기 리테이너링이 상기 연결 베이스에 쉽게 자리잡도록 할 수 있다.

이와 같이, 제1접촉면과 제2접촉면이 맞닿는 것에 의해, CMP 공정 중에 리테이너 링에 전달되는 추력이 분산되어, 리테이너 링을 위치 고정하는 데 필요한 힘을 줄일 수 있다. 한편, 종래에는 리테이너 링과 베이스가 수평면으로 맞닿은 상태로 볼트로 체결 고정됨에 따라, CMP공정 중에 회전하는 리테이너 링에 플래튼 패드로부터 상방향으로 전달되는 추력을 볼트에 의해 지지됨에 따라, 리테이너 링을 고정하는 볼트가 커야할 뿐만 아니라 많이 필요했으며 볼트의 조임 상태에 따라 리테이너 링의 고정 상태가 민감하게 변동하는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명은 상기와 같이 링 경사면과 베이스 경사면이 서로 맞닿도록 구성되고, 동시에 제1접촉면과 제2접촉면이 맞닿아 플래튼 패드로부터 전달되는 추력을 분산함에 따라, 리테이너 링을 안정되게 고정하는 데 필요한 고정 수단의 수를 훨씬 적게 줄일 수 있게 되므로, 고정 수단의 죔 상태에 리테이너 링의 고정 상태가 민감해지는 문제도 해결할 수 있게 된다.

이 때, 상기 제1접촉면과 상기 제2접촉면이 수직면으로 형성된 것이 바람직하다. 이에 의해, 고정수단이 제거된 상태에서 상기 연결 베이스로부터 리테이너링을 수직 하방으로 분리할 수 있으며, 장착할 리테이너 링을 수직 상방으로 부착할 수 있다.

한편, 상기 링 경사면의 내측에는 한 쌍의 환형 돌기가 서로 이격 배치되어 상기 돌기의 사이에 멤브레인 고정홈이 형성될 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼를 가압하는 멤브레인의 외측 끝단(절곡부)이 멤브레인 고정홈에 삽입되어 클램핑 고정된다. 이와 같이, 멤브레인의 끝단이 리테이너 링의 멤브레인 고정홈에 안착시켜 클램핑 고정시킴에 따라, 멤브레인이 리테이너 링 및 연결 베이스에 의해서도 지지되어 회전 상태에 판면 방향의 응력이 멤브레인에 작용하는 것을 최소화할 수 있다.

이 때, 상기 멤브레인 고정홈의 양측에 위치한 돌기의 일측면이 리테이너 링의 자리잡는 것을 보조하는 상기 제2접촉면을 형성할 수 있다.

상기 리테이너 링은 반 영구적으로 사용되도록 스텐레스 등의 금속 재질로 형성된 상측 리테이너링과, 소모성 재질로 형성된 하측 리테이너링으로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명은, 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드에 있어서, 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 웨이퍼의 면적보다 하면이 크게 형성되고, 에지 영역에 수직으로 절곡된 수직 절곡부가 구비되고, 상기 수직 절곡부에 경사면이 상측에 형성된 환형 링이 설치되어, 환형링의 경사면에 압력이 가해져 상기 멤브레인의 에지 영역에 수직력을 가하는 멤브레인과; 상기 멤브레인으로부터 틈새 공간을 사이에 두고 이격된 둘레에 설치되어 상기 멤브레인과 함께 회전하는 리테이너 링을; 포함하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드를 제공한다.

이를 통해, 웨이퍼의 에지 영역에도 높은 연마 품질로 평탄화하는 것이 가능해진다.

이 때, 상기 틈새 공간의 일면을 형성하는 상기 리테이너 링의 내측면에는 환형 홈이 형성되어, 화학 기계적 연마 공정 중에 이물질이 틈새 공간에 유입되더라도 이를 수용하여 이물질에 의한 멤브레인의 파손을 방지하고 멤브레인과 리테이너 링이 원활하게 회전할 수 있도록 한다.

본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '내측'이라는 용어는 원주면에서 회전 중심을 향하는 방향을 의미하며, '외측'이라는 용어는 회전 중심으로부터 반경 방향으로 바깥 방향을 의미하는 의미로 정의하기로 한다.

그리고, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '내주면'이란 용어는 환상 형태(annular shape)의 최내측의 표면 뿐만 아니라 내측을 향하는 면(경사지게 향하는 면을 포함한다)을 통칭하는 의미로 정의하기로 한다. 마찬가지로, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '외주면'이란 용어는 환상 형태(annular shape)의 최외측의 표면 뿐만 아니라 외측을 향하는 면(경사지게 향하는 면을 포함한다)을 통칭하는 의미로 정의한다.

본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '밀봉' 및 이와 유사한 용어는 공기가 통과할 수 없는 상태로 정의한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '환형' 및 이와 유사한 용어는 캐리어 헤드의 중심을 기준으로 원주 방향을 따라 궤적이 형성되는 형상을 지칭한다.

본 발명에 따르면, 캐리어 헤드의 리테이너 링을 연결 베이스의 저면에 고정하는 데 있어서, 상호 맞닿는 경사면(베이스 경사면, 링 경사면)을 구비하고, 볼트, 나사, 핀 등의 고정 수단이 이 경사면을 관통하도록 외측으로부터 내측으로 삽입하여 고정하도록 구성됨에 따라, 리테이너 링의 전 부품 또는 적어도 주변 부품을 분해하지 않고서도, 리테이너 링만을 연결 베이스에 직접 탈부착할 수 있게 되어, 수명이 다한 리테이너 링(RETAINER RING)을 교체하는 데 있어서 보다 짧은 시간 내에 간편하게 리테이너 링을 교체할 수 있는 유리한 효과를 얻는다.

즉, 본 발명은 리테이너 링을 연결 베이스의 저면에 곧바로 탈부착할 수 있게 됨에라, 리테이너 링의 수명이 다되어 새로운 리테이너 링으로 교체하거나, 사용하고 있는 리테이너 링의 상태를 확인하기 위하여 리테이너 링을 캐리어 헤드로부터 분리할 때에, 다른 구성 부품을 분해하지 않고서 리테이너 링만을 따로 분리할 수 있다.

이를 통해, 본 발명은 캐리어 헤드의 분리 및 교체에 소요되는 비용과 인력을 최소화할 수 있으며, 작업자의 편의가 증진되는 잇점을 얻을 수 있다.

무엇보다도, 본 발명은 링 경사면과 베이스 경사면이 서로 맞닿으면서 제1접촉면과 제2접촉면이 맞닿은 상태로 리테이너 링을 고정시키므로, 리테이너 링을 캐리어 헤드에 안정되게 고정시킬 수 있을 뿐만 아니라, 플래튼 패드로부터 전달되는 추력이 고정 수단에 집중되지 않고 링 경사면과 제1접촉면으로 분산되므로, 캐리어 헤드에 리테이너 링을 고정하는 고정수단의 치수와 갯수를 줄일 수 있으며, 고정 수단의 죔 상태에 따라 리테이너 링이 고정되는 자세가 민감하게 불안정해지는 문제점도 해소할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이 뿐만 아니라, 본 발명은 캐리어 헤드의 다른 구성 부품을 불필요하게 분해하지 않더라도 리테이너 링을 분해 및 교체할 수 있으므로, 종래에 리테이너 링의 교체를 위해 캐리어 헤드의 전체 또는 다른 관련없는 구성 부품을 분해하는 과정에서 부품이 손상될 가능성이 상존했던 문제점을 해소하였다.

그리고, 본 발명은 웨이퍼의 면적보다 웨이퍼를 가압하는 멤브레인의 하면이 더 크게 형성되고, 에지 영역에 수직으로 절곡된 수직 절곡부가 구비되고, 상기 수직 절곡부에 경사면이 상측에 형성된 환형 링이 설치되어, 환형링의 경사면에 압력이 가해져 상기 멤브레인의 에지 영역에 수직력을 가하는 멤브레인을 구비함으로써, 웨이퍼의 에지 영역에도 높은 연마 품질로 평탄화하는 것이 가능한 잇점을 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은 멤브레인과 리테이너 링의 사이에 형성되는 틈새 공간에 이물질을 수용하는 환형홈이 리테이너 링의 내측면에 요입 형성됨에 따라, 화학 기계적 연마 공정 중에 이물질이 틈새 공간에 유입되더라도 이를 수용하여 이물질에 의한 멤브레인의 파손을 방지하고 멤브레인과 리테이너 링이 원활하게 회전할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드를 분해한 일부 절개 분해 사시도
도2는 도1의 캐리어헤드의 결합상태의 반단면도
도3은 도1의 'A' 부분의 확대도
도4는 도1의 'B' 부분의 확대도
도5는 도1의 반단면도
도6a는 도5의 'C'부분의 확대도
도6b는 도5의 'C'부분의 확대도로서 리테이너 링이 분리되는 상태를 도시한 도면
도7은 도5의 'D'부분의 확대도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드(100)를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드를 분해한 일부 절개 분해 사시도, 도2는 도1의 캐리어헤드의 결합상태의 반단면도, 도3은 도1의 'A' 부분의 확대도, 도4는 도1의 'B' 부분의 확대도, 도5는 도1의 반단면도, 도6a는 도5의 'C'부분의 확대도, 도6b는 도5의 'C'부분의 확대도로서 리테이너 링이 분리되는 상태를 도시한 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드(100)는, 외부의 구동축(미도시)에 의해 회전 구동되어 캐리어 헤드의 상측에서 회전하는 구동체(110)와, 구동체(110)에 연결핀(160)에 의해 회전력이 전달되어 회전 구동되는 연결 베이스(120)와, 연결 베이스(120)의 하측에 고정되는 환형 리테이너링(130)과, 연결 베이스(120)의 내주면의 돌출부(122)와 맞물리는 수용부(142)에 의해 회전력이 전달되어 회전 구동되는 멤브레인 홀더(140)와, 멤브레인 홀더(140)와의 사잇 공간에 다수의 분할 챔버(C1, C2, C3, C4)가 형성되도록 구획벽이 환형으로 판면에 돌출 형성된 멤브레인(150)과, 캐리어 헤드(100)의 상면과 측면의 일부를 덮는 헤드 커버(170)로 구성된다.

상기 구동체(110)는 도면에 도시가 생략되었지만 공압을 전달하는 다수의 배관이 끼워져 공압을 여러 위치에 전달할 수 있는 공압 통로가 마련되고, 외부에 위치한 구동축에 의해 회전 토크가 전달되어 회전 구동된다.

상기 연결 베이스(120)는 구동체(110)와 수직으로 관통하는 연결핀(160)에 의해 구동체(110)의 회전력이 전달되어 회전한다.

연결 베이스(120)는 하측에 리테이너 링(130)과 결합하는 하측 베이스(120a)와, 하측 베이스(120a)를 하방으로 가압하는 상측 베이스(120b)로 이루어진다.

리테이너 링(130)과 결합하는 하측 베이스(120a)의 저면에는 원주 전체에 걸쳐 경사진 면으로 이루어진 베이스 경사면(121)이 형성된다. 그리고, 볼트 등의 고정 수단(88)이 삽입되도록 베이스 경사면(121)을 관통하는 관통공(120x)이 원주 방향을 따라 서로 간격을 두고 2개 내지 6개로 형성된다.

관통공(120x)은 베이스 경사면(121)에 대하여 대략 90도를 이루는 것이 좋다. 관통공(120x)에 나사, 볼트, 핀 등의 고정 수단을 체결 또는 삽입할 수 있는 공간이 마련되도록 하기 위하여, 하측 베이스(120a)의 외주면에는 도3에 도시된 바와 같이 삼각형 형태의 절취 단면이 형성된다.

도3에 도시된 바와 같이, 상측 베이스(120b)는, 구동체(110) 등에 의해 상방으로의 이동이 제한되는 상측 베이스 몸체(125)와, 한 쌍의 요홈이 형성되어 상측 베이스 몸체(125)에 고정되는 상측 고정체(126)와, 상측 고정체(126)의 요홈에 양단이 삽입된 상태로 상측 베이스 몸체(125) 및 상측 고정체(126)의 사이에 클램핑 고정되어 다수의 굴곡부를 갖도록 연장된 환형 밀봉링(127)과, 하측 베이스(120a)와의 사이에 환형 밀봉링(127)을 위치시킨 상태로 하측 베이스(120a)에 고정되는 하측 고정체(124)로 구성된다.

즉, 리테이너 링(130)을 장시간 동안 사용하면 소모성 재질로 형성된 하측 리테이너링(131)이 마모되므로, 마모량에 따라 리테이너 링(130)을 하방으로 이동시키는 것이 필요하다. 이를 위해, 연결핀(160)은 횡방향으로 구동체(110)에 구속되지만 상하 방향(33)으로는 구속되지 않는다. 그리고, 리테이너 링(130)의 상측에 형성된 환형 챔버(120c)에는 상측 베이스(120b)와 하측 베이스(120a)가 서로 이격될 수 있도록 설치되고, 환형 챔버(120c)에는 상측 베이스(120b)와 하측 베이스(120a)의 접촉부 주변을 감싸는 환형 밀봉링(127)이 설치된다. 그리고, 환형 챔버(120c)와 연통되는 공기 통로(128)가 마련되어, 공기 통로(128)를 통해 고압의 공기가 유입되거나 유출되는 것에 의해 상,하측 베이스(120b, 120a)가 서로 밀착되거나 이격되도록 조절되어, 리테이너 링(130)이 상하 방향으로 이동되어 그 마모량에 따라 CMP장비의 플래튼 패드 상에 예정된 힘으로 가압된다.

상기 리테이너 링(130)은 연결 베이스(120)의 저면에 고정된다. 리테이너 링(130)은 반영구적으로 사용하도록 스텐레스 등의 금속 재질로 형성된 상측 리테이너링(132)과, 그 하측에 내구성이 좋으면서 화학적으로 불활성을 가지며 반복 하중에도 균열이 생기지 않는 폴리페닐렌 설피드(PPS) 등의 소모성 재질로 형성된 하측 리테이너링(131)으로 구성된다. 하측링(131)에는 CMP공정 중에 슬러리가 웨이퍼(10)에 유입되도록 다수의 홈이 반경 방향으로 관통 형성된다.

상측 리테이너링(132)에는 하측 베이스(120a)의 베이스 경사면(121)과 동일한 기울기를 갖는 링 경사면(132a)이 형성된다. 그리고, 하측 베이스(120a)의 관통공(120x) 위치에 정렬하도록 리테이너 링(130)의 링 경사면(132a)에 고정공(130x)이 형성된다. 이 때, 고정공(130x)은 볼트나 나사가 체결 결합되는 암나사공 또는 암나사홈일 수 있으며, 핀이 삽입되어 고정되는 핀홀 또는 핀 홈일 수도 있다.

도6a에 도시된 바와 같이, 링 경사면(132a)의 내측에는 한 쌍의 환형 돌기(132b)가 배열되고, 그 사이에 고정홈(132g)이 형성되어, 멤브레인(150)의 끝단(150ax)을 클램프 고정시킨다. 연결 베이스(120)의 베이스 경사면(121)의 내측 측면은 제1접촉면(120s)으로서, 한 쌍의 환형 돌기(132b) 중 외측 돌기의 측면이 형성하는 제2접촉면(132bs)과 맞닿는다. 이에 따라, 리테이너 링(130)은 제1접촉면(120s)과 제2접촉면(132bs)의 맞닿는 면을 따라 분리되고 장착된다. 이 때, 리테이너 링(130)은 연결 베이스(120)와 경사면(132a, 121)과 접촉면(132bs, 120s)이 동시에 맞닿는 것에 의해 제 위치로 자리잡는다. 이 때, 접촉면(132bs, 120s)는 수직면으로 형성되는 것이 리테이너 링(130)을 분리하고 장착하는 것이 작업자에게 보다 용이하다.

상기와 같이, 링 경사면(132a)이 베이스 경사면(121)과 경사면 형태로 밀착하고, 리테이너 링(130)의 링 경사면(132a)의 일측에 수직한 제2접촉면(132bs)이 베이스(120)의 제1접촉면(120s)과 밀착됨에 따라, 리테이너 링(130)은 베이스(120)에 위치를 쉽게 고정할 수 있을 뿐만 아니라, CMP공정 중에 플래튼 패드로부터 전달되는 마찰에 의한 추력을 경사면(132a,121)과 접촉면(132bs, 120s)으로 분산함에 따라, 리테이너 링(130)을 베이스(120)에 고정시키는 볼트, 핀 등의 고정 수단(99)은 단지 리테이너 링(130)을 상하 방향으로 분리하지 않도록 하는 힘만 지지해도 충분해진다. 따라서, 수직 방향으로 리테이너 링을 고정하였던 종래의 구조에 비하여 작은 규격이면서 적은 수의 볼트, 핀 등의 고정 수단으로 리테이너 링(130)을 효과적으로 고정할 수 있게 된다.

더욱이, 리테이너 링(130)을 고정시키는 고정 수단(99)에 의해 리테이너 링(130)의 위치가 결정되는 것이 아니라, 경사면(132a, 121)과 제1,2 접촉면(132bs, 120s)에 의해 리테이너 링(130)의 위치가 정해지므로, 고정 수단(99)의 죔 상태에 따라 리테이너 링(130)의 자세가 틀어지는 현상이 발생되지 않는다. 따라서, 캐리어 헤드(100)에 장착된 리테이너 링(130)의 신뢰성있고 안정적인 작동을 보장할 수 있다.

또한, 고정 수단(99)은 리테이너 링(130)을 상하 방향으로 붙잡아주기만 하면 충분하므로, 대략 2개 내지 6개의 적은 수의 볼트로도 리테이너 링(130)을 안정되게 고정시킬 수 있다.

한편, 도2에 도시된 바와 같이 하측 베이스(120a)에는 내주면에 내측으로 돌출된 돌출부(122)가 형성된다. 이 돌출부(122)는 멤브레인 홀더(140)의 외주면에 형성된 수용부(142)에 삽입되어, 연결 베이스(120)가 회전하면, 돌출부(122)와 수용부(142)의 물리적인 맞물림에 의하여 멤브레인 홀더(140)도 함께 회전한다. 따라서, 장시간동안 캐리어 헤드(100)를 사용하더라도, 연결 베이스(120)와 멤브레인 홀더(140)사이에는 손상되지 않으므로, 유지 보수 측면과 웨이퍼 평탄 연마 공정의 연속성 측면에서 바람직하다.

멤브레인 홀더(140)는 연결 베이스(120)와 맞물려 회전 구동되며, 하측에 다수의 구획벽(151)이 형성되어, 구획벽(151)에 의해 그 사이에 생성되는 분할 챔버(C1, C2, C3, C4)에 압력을 인가하는 공기 통로가 마련된다. 구획벽(151)은 멤브레인 홀더(140)에 고정되어 인접한 분할 챔버(C1, C2, C3, C4)간의 밀봉성이 보장된다.

멤브레인(150)은 하나의 막으로 이루어질수도 있지만, 도6a에 도시된 바와 같이 캐리어 헤드(100) 내에서 공기압을 직접 전달받는 상부 멤브레인(150b)과, 상부 멤브레인과 밀착되어 간접적으로 압력을 인가받으며 웨이퍼 흡착면을 제공하는 하부 멤브레인(150a)의 이중막으로 이루어질 수 있다. 하부 멤브레인(150a)과 상부 멤브레인(150b)은 각각 캐리어 헤드(100) 내의 다른 부품, 예를 들어 멤브레인 홀더(140)에 고정될 수 있다. 이 때, 하부 멤브레인(150a)은 웨이퍼(10)와 직접 맞닿아 웨이퍼를 흡착할 뿐만 니라 웨이퍼 연마 과정에서 화학적 물리적 손상을 받기 쉽기 때문에 하부 멤브레인의 두께는 상부 멤브레인 보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.

하부 멤브레인(150a)은 캐리어 헤드(100) 내의 다른 부품과 클램핑이 가능하도록 중앙 관통 구멍 부분과 에지 부분에는 각각 수직으로 절곡(1513)형성된다. 하부 멤브레인(150a)의 에지 부분(E)에서 수직으로 절곡된 절곡부(1513)의 내면에는 하방에 수용홈을 제공하는 돌출부(1525)가 형성되어 있고, 절곡부(1513) 내면과 상기 돌출부(1525)로 인하여 제공되는 공간(217)에는 환형링(1530)이 설치된다. 원주 방향을 따라 중공부가 구비된 환형링(1530)은 멤브레인 홀더(140)로부터 1514로 표시된 영역에 압력이 가해지면, 환형링(1530)의 경사면에 의해 수직 방향(D)의 힘으로 변환되어 돌출부(1525)의 요입부(1534)를 통해 에지 영역(E)을 가압한다.

이 때, 멤브레인(150)의 하면은 웨이퍼(10)의 직경보다도 도면부호 c로 표시된 만큼 더 크게 형성되므로, 웨이퍼(10)의 가장 자리에도 충분한 크기의 수직력(D)이 가해지며, 따라서, 웨이퍼(10)의 가장자리 영역에까지 정밀 연마 품질을 향상시킬 수 있다.

이 때, 도6a에 도시된 바와 같이, 멤브레인(150)과 리테이너 링(130)의 사이의 틈새 공간에 슬러리 등의 이물질이 유입될 수 있는데, 이물질에 의해 멤브레인(150)이 손상되는 것을 방지하기 위하여 리테이너 링(130)의 내측면에는 원주 방향을 따라 요입 형성된 환형홈(134)이 구비된다. 이에 의해, 멤브레인(150)과 리테이너 링(130)의 사이가 벌어진 상태로 유지됨에도 불구하고, 그 사이의 공간에 이물질에 의해 멤브레인(150)이 손상되지 않으면서 리테이너링(130)과 멤브레인(150)이 원활히 회전 구동된다.

한편, 하부 멤브레인(150a)의 원주 끝단부의 절곡부(1513)에는 멤브레인 홀더(140)와 결합되는 환형 날개(150w)가 형성되어, 환형 날개(150w)의 끝단이 클램핑 밀봉 결합된다. 마찬가지로, 하부 멤브레인(150a)의 중앙부에 관통구멍이 형성되는 경우에는, 중앙부에도 환형 날개(미도시)가 형성되어 멤브레인 홀더(140)에 클램핑 밀봉 결합된다. 이에 따라, 멤브레인(150)과 멤브레인 홀더(140)의 사이의 공간에는 외기와 완전히 차단된 밀봉 상태가 된다.

상기 연결핀(160)은 스텐레스 등과 같이 경도가 우수하면서 내구성이 우수한 재질로 제작되는 것이 좋다. 그러나, 연결핀(160)에 의해 구동체(110)로부터 연결 베이스(120)로 회전력을 장시간 동안 전달하면, 연결핀(160)의 외주면이 마모되어 헐거워지는 문제가 발생된다. 이 때마다 연결핀(160)을 교체하는 것은 비용이 많이 소요되므로, 연결핀(160)의 외주면에 금속 소재의 핀 몸체보다 경도가 낮으면서 반복 하중에 잘 견디는 플라스틱 소재로 개재 파이프(162)를 씌운다. 이에 의해, 장시간 사용하면, 금속 재질의 핀 몸체(161)가 마모되지 않고, 개재 파이프(162)가 마모되므로, 금속 재질의 핀 몸체(161)는 반 영구적으로 사용할 수 있으며, 저렴한 개재 파이프(162)만 교체하면 된다.

상기 헤드 커버(170)는 구동체(110)의 상측을 덮는 제1커버(171)와 구동체(110)의 외측을 덮는 제2커버(172)로 구성된다. 이와 같이, 하나의 커버로 전체를 덮지 않고 각 부품별로 덮는 제1커버(171) 및 제2커버(172)로 이루어짐에 따라, 캐리어 헤드(100)의 보수가 필요할 때에 해당 커버만을 간단히 개방하여 보수할 수 있으므로, 유지 보수가 보다 용이해지는 잇점을 갖는다. 리테이너 링(130)을 교체할 때에는 필요에 따라 제2커버(172)를 분리한 상태에서 행할 수도 있다. 그러나, 리테이너 링(130)을 위치고정하는 고정 수단(99)이 위치한 삼각형 절취부(98)보다 제2커버(72)의 끝단부의 높이를 보다 높게 구성할 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 캐리어 헤드(100)는 베이스 경사면(121)과 링 경사면(132a)이 상호 맞닿도록 구성하고, 볼트, 나사, 핀 등의 고정 수단(99)이 연결 베이스(120)와 리테이너 링(130)을 통과하도록 외측에서 내측으로 경사지게 고정시킴으로써, 고정 수단(99)을 풀거나 빼는 것에 의해 다른 부품을 분해하지 않고 리테이너 링(130)만을 간단히 하방(130d)으로 분리시킬 수 있고, 반대 방법으로 리테이너 링(130)을 간단히 상방으로 결합 고정시킬 수 있게 된다.

이를 통해, 본 발명은 캐리어 헤드(100)의 구동체(110), 연결 베이스(120) 등의 부품을 분해하지 않고서도, 리테이너 링만을 간단히 탈부착할 수 있게 되어, 수명이 다한 리테이너 링(RETAINER RING)을 교체하는 데 있어서 보다 짧은 시간 내에 간편하게 리테이너 링을 교체할 수 있으며, 캐리어 헤드의 유지 관리에 소요되는 비용과 인력을 최소화하고 작업자의 편의를 증진시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.

100:캐리어 헤드 110: 구동체
120: 연결 베이스 120a: 상측 베이스
120b: 하측 베이스 121: 베이스 경사면
130: 리테이너 링 132a: 링 경사면
134: 환형홈 140: 멤브레인 홀더
150: 멤브레인 160: 연결핀
170: 헤드 커버 99: 고정 수단

Claims (15)

1. 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드에 있어서,
   원주 방향을 따라 저면에 경사진 면으로 이루어진 베이스 경사면이 구비되고, 상기 베이스 경사면을 관통하여 외주 측에 드러나는 관통공이 원주 방향으로 이격되어 다수 형성되고, 회전 구동되는 환상 형상의 연결 베이스와;
   상기 베이스 경사면과 에 맞닿는 링 경사면이 구비되고, 상기 다수의 관통공과 정렬되는 다수의 고정공이 형성되어, 상기 연결 베이스의 저면에 맞닿은 상태로 고정되는 리테이너 링과;
   상기 관통공을 관통하여 상기 고정공에 고정되는 고정수단과;
   상기 연결 베이스와 함께 회전하면서 웨이퍼를 가압하는 멤브레인을;
   포함하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 연결 베이스의 상기 베이스 경사면의 내측에는 상기 베이스 경사면과 기울기가 다른 제1접촉면이 형성되고,
   상기 리테이너링의 상기 링 경사면의 내측에 상기 제1접촉면과 같은 기울기의 제2접촉면이 형성되어, 상기 제1접촉면과 상기 제2접촉면의 맞닿음으로 상기 리테이너링이 상기 연결 베이스에 자리잡도록 하는 것이 보조되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제1접촉면과 상기 제2접촉면은 수직면으로 형성되어, 상기 고정수단이 제거된 상태에서 리테이너링이 상기 연결 베이스로부터 수직한 하방으로 분리가능한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 링 경사면의 내측에는 한 쌍의 환형 돌기가 서로 이격 배치되고, 상기 돌기의 사이에 멤브레인 고정홈이 형성되고, 웨이퍼를 가압하는 멤브레인의 끝단이 상기 멤브레인 고정홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 멤브레인 고정홈의 양측에 위치한 상기 환형 돌기의 일측면이 상기 제2접촉면을 형성하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드.
   
6. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 고정 수단은 핀, 나사, 볼트 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드.
   
7. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리테이너링은,
   금속 재질로 형성된 상측 리테이너링과;
   소모성 재질로 형성된 하측 리테이너링을;
   포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드.
   
8. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 관통공은 원주 방향을 따라 2개 내지 6개 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드.
   
9. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 관통공은 상기 베이스 경사면에 대하여 수직으로 배열된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드.
   
10. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통공의 주변은 삼각형 형태의 절취 단면으로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드.
    
11. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멤브레인과 상기 리테이너링의 사이의 틈새 공간에 유입되는 이물질을 수용하도록 상기 리테이너 링의 내측면에는 환형홈이 요입 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 멤브레인의 하면은 상기 웨이퍼의 면적보다 더 크게 형성되어, 상기 웨이퍼의 에지 영역이 상기 멤브레인의 하면에 위치하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드.
    
13. 제 12항에 있어서,
    상기 멤브레인의 에지 영역에는 수직으로 절곡된 수직 절곡부가 구비되고, 상기 수직 절곡부에 경사면이 상측에 형성된 환형 링이 설치되어, 환형링의 경사면에 압력이 가해져 상기 멤브레인의 에지 영역에 수직력을 도입하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드.
    
14. 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드에 있어서,
    화학 기계적 연마 공정이 행해지는 웨이퍼의 면적보다 하면이 크게 형성되고, 에지 영역에 수직으로 절곡된 수직 절곡부가 구비되고, 상기 수직 절곡부에 경사면이 상측에 형성된 환형 링이 설치되어, 환형링의 경사면에 압력이 가해져 상기 멤브레인의 에지 영역에 수직력을 가하는 멤브레인과;
    상기 멤브레인으로부터 틈새 공간을 사이에 두고 이격된 둘레에 설치되어 상기 멤브레인과 함께 회전하는 리테이너 링을;
    포함하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드.
    
15. 제 14항에 있어서,
    상기 틈새 공간의 일면을 형성하는 상기 리테이너 링의 내측면에는 이물질을 수용하는 환형 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드.

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